西寧特殊鋼股份有限公司 青海 西寧 810005

前言

改革開放以來,在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時,科學技術(shù)的研發(fā)也獲得了突飛猛進,極大地促進了我國工業(yè)化的發(fā)展進程。在這樣的背景下,相關(guān)行業(yè)對金屬材料的需求及性能要求也越來越高。而且,在科學技術(shù)的支持下,我國金屬材料的熱處理工藝技術(shù)水平不斷提升,使得金屬材料各方面的性能越來越理想。更好地保障了我國的工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展,并更好地踐行了節(jié)能減排的綠色發(fā)展。

一、金屬材料熱處理工藝的發(fā)展歷程簡析

眾所周知,金屬材料主要是由鐵元素組成,為了提高金屬材料的硬度、強度、耐磨性及抗疲勞性,加工企業(yè)會通過淬火處理的工藝為其增添不同的元素,以提高其各項性能,獲得理想的金屬材料。

金屬材料的熱處理具有悠久的歷史,工業(yè)革命以來,特別是近代以來,金屬材料的熱處理工藝技術(shù)更新發(fā)展的速度越來越快,先后經(jīng)歷了轉(zhuǎn)筒爐氣體滲碳、應用露點電位差計、二氧化碳紅外儀、氧探頭實現(xiàn)爐內(nèi)可控碳勢等熱處理工藝技術(shù)。此外,等離子場、激光以及電子束等現(xiàn)代化科技手段也逐漸應用在金屬材料的熱處理工藝當中,為金屬材料的表面熱處理、化學熱處理等工藝提供了強大的技術(shù)支撐。

二、金屬材料的熱處理過程分析

在金屬材料進行淬火處理的過程中,根據(jù)控制溫度的不同,其熱處理工藝可以分為加熱、保溫和冷卻這三個過程。其中加熱環(huán)節(jié)是對金屬材料進行熱處理工藝的第一個步驟。就我國而言,歷史上最早的金屬熱處理工藝加熱環(huán)節(jié)主要是利用木炭作為熱源,后阿貍又發(fā)展到利用煤炭作為熱源。隨著現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在金屬熱處理加熱環(huán)節(jié),逐漸開始運用液體及氣體燃料;而隨著電力技術(shù)的廣發(fā)應用,金屬材料的熱處理加熱工序也發(fā)生了較大的變革,等離子場、激光以及電子束等現(xiàn)代化科技手段逐漸成為加熱工序重要的手段;保溫工序是金屬材料熱處理中重要的一環(huán),時金屬材料加熱到一定溫度后,在一定時間內(nèi)將該金屬材料的內(nèi)外溫保持一致,使其結(jié)構(gòu)和性能能夠得到相應的轉(zhuǎn)變。但很多時候,很多金屬材料需要的保溫時間極短,甚至根本不需要保溫工序;冷卻工序也是金屬材料熱處理工藝重要的環(huán)節(jié)。在實際操作中,不同的金屬材料在不同熱處理工藝下,冷卻的方式和速度具有極大的差異。

三、金屬材料熱處理常用的基本工藝分析

在金屬材料熱處理過程中,常用的基本工藝是退火、正火、淬火和回火。其中,退火工藝就是將金屬材料加熱到預設溫度值后,對其進行緩慢冷卻處理,使其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)能夠達到或接近平衡的狀態(tài)。這種工藝能降低金屬材料的硬度,并消除其內(nèi)應力,從而提高其可塑性增強塑性,便于后續(xù)加工工藝的順利進行;正火工藝則是將金屬材料加熱到一定溫度后,在一定時間內(nèi)完成冷卻的熱處理工藝。在金屬材料熱處理過程中,運用正火工藝進行鑄造、鍛壓加工,能促進中、低碳鋼的組織細化。很多加工企業(yè)往往都是以正火工藝作為要求較低的金屬材料最終的熱處理程序;淬火工藝則是將金屬材料加熱并保溫,然后將其浸泡在合適的淬火介質(zhì)當中,使其能在最短的時間內(nèi)完成冷卻。這種熱處理工藝能最大限度上增加該金屬材料的硬度與脆度。在實際操作中,金屬材料的淬火工藝因材質(zhì)、機加工工藝等因素的不同,選用的淬火介質(zhì)也各不相同,分別是水、油、有機水溶液或其他的無機鹽類;回火則是將經(jīng)過淬火的金屬材料重新加熱到低于下臨界溫度Ac1的適當溫度,經(jīng)過一段時間的保溫處理后,在空氣、水或油等介質(zhì)中進行冷卻的金屬材料熱處理工藝。應用該工藝能減小或者消除淬火金屬材料中的內(nèi)應力,降低其硬度與強度,同時提高其延展性和柔韌性。在實際操作中,將淬火和回火工藝相結(jié)合,能顯著提高金屬材料的力學性能。

四、金屬材料熱處理的新工藝技術(shù)分析

(一)振動處理工藝。振動處理技術(shù)是一種新穎的金屬材料熱處理工藝技術(shù),是借助振動器將動壓力與振動方向轉(zhuǎn)嫁給金屬材料,使金屬材料在振動下抵消自身的內(nèi)應力,同時提高自身的柔韌性和延展性,從而使其結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。這種新處理技術(shù)借助外力的振動進行金屬材料的處理,易于操作人員的手工操作,生產(chǎn)的效果較好,同時生產(chǎn)周期較短、能耗較低,因此成本較低,值得推廣。

(二)涂層處理工藝。涂層處理工藝也是金屬材料熱處理的新技術(shù)。這種處理工藝在金屬的表面進行涂層處理,減少該金屬與外界的接觸,且不降低其自身的韌性,使其變得更強、更硬、更耐磨、更抗腐蝕。例如,在數(shù)控機床的刀具上,增添合適的涂層,不但能增強刀具自身的硬度和韌度,還能有效減少加工過程中摩擦所產(chǎn)生的熱量,從而有效提高數(shù)控機床刀具的質(zhì)量和性能。

(三)化學滲透工藝。化學滲透工藝也是金屬熱處理新穎的技術(shù)之一。這種工藝是在金屬材料的表面涂抹化學成分,使其滲透到金屬機體當中,改變其表層形態(tài)及相應性能。在實操中,這種處理技術(shù)較為簡便,變化時間較短,效果好、成本低,且具有節(jié)能減排的優(yōu)勢。

(四)激光處理工藝。激光處理工藝也是金屬材料熱處理新穎的技術(shù)之一。這種處理工藝是利用激光技術(shù)對金屬材料的局部地區(qū)或整體進行照射,借助激光的熱傳導,改變該金屬材料原有的結(jié)構(gòu),具有能量性、集中性和方向性的優(yōu)勢,且控制起來十分容易,也十分精準,能顯著提高被加工金屬材料表面的硬度,延長其使用年限,是未來金屬材料熱加工工藝發(fā)展的重要方向。

五、結(jié)束語

綜上所述,金屬材料的熱處理工藝技術(shù)十分重要,能改善金屬材料的相關(guān)性能。因此,相關(guān)企業(yè)及科研單位應積極探索金屬材料的熱處理工藝技術(shù),在探索中不斷獲得突破,不斷創(chuàng)新其熱處理的工藝技術(shù),從而推動我國金屬材料熱處理行業(yè)的科學發(fā)展。